Cos'è una risonanza di rotazione elettronica?
La risonanza di spin elettronica (ESR) è una forma di spettroscopia utilizzata sui materiali paramagnetici - materiali che diventano magnetici se esposti a un campo magnetico esterno. L'ESR è anche indicato come risonanza paramagnetica elettronica o EPR. La risonanza di spin di elettroni ha una varietà di applicazioni in chimica e biologia e ha persino usi in campi come il calcolo quantistico.
Un elettrone trasporta una carica e giri. Pertanto induce un momento magnetico. Se collocato in un campo magnetico esterno, il momento magnetico dell'elettrone si allineerà con la direzione del campo magnetico. È anche possibile che l'elettrone si allinei nella direzione opposta del campo magnetico, ma ciò richiede più energia e non è lo stato naturale dell'elettrone. Questa è la base scientifica per la risonanza di spin di elettroni.
Con ESR, una sostanza con molecole che hanno elettroni extra o non accoppiati viene posizionata in un campo magnetico e l'energia, di solito sotto forma di microonde, viene applicata ad esso.Gli elettroni non accoppiati assorbiranno l'energia elettromagnetica e si sposteranno in uno stato di energia più elevato ri-allineando i loro momenti magnetici per essere opposti al campo magnetico applicato esternamente. La frequenza di energia assorbita dagli elettroni indica la struttura chimica della molecola a cui sono attaccati. In questo modo, la risonanza di spin di elettroni può essere utilizzata per determinare la composizione chimica di materiali diversi.
È fondamentale che la sostanza abbia elettroni non accoppiati. Questo perché gli elettroni accoppiati, secondo il principio di esclusione di Pauli, avranno giri in direzioni opposte e, quindi, nessun momento magnetico netto. Questi materiali sono noti come diamagnetici e non sono adatti per ESR.
Come con altre tecniche di spettroscopia di risonanza, gli elettroni utilizzati nella risonanza di spin di elettroni devono essere lasciati rilassarsi e tornare ai loro stati di energia inferiore. In caso contrario, tutti gli elettroni saranno excitato e non sarà possibile ulteriori assorbimento. In questo caso, non ci sarà nulla da misurare e, di conseguenza, non verrà prodotto alcun segnale. Rilassamento del reticolo di spin, in cui un elettrone dà energia ai suoi dintorni e rilassamento a spin-spin, dove un elettrone dà energia a un altro elettrone, sono i due metodi in cui può verificarsi rilassamento.
ESR è particolarmente adatto al rilevamento di radicali liberi, che sono un insieme di molecole altamente reattive con elettroni non accoppiati. I radicali liberi sono noti per essere la causa di diverse malattie, avvelenamenti e persino tumori. Causano anche il decadimento dello smalto dei denti a una velocità nota, il che significa che la risonanza di spin di elettroni può essere usata per uscire con i denti e, per estensione, gli umani. I radicali liberi in eccesso sono presenti anche in birra e vino che sono passati la loro durata di conservazione.
ESR è anche un candidato leader in diverse tecnologie all'avanguardia. Questi includono fotosintesi artificiale e calcolo quantistico. In quest'ultimo, perfezionando ESR per Wor Work su un singolo elettrone anziché un gruppo di elettroni, è possibile creare un cancello logico che corrisponde agli stati di energia del momento magnetico dell'elettrone.